第一章 绪论

学习指南  目的要求 了解环境微生物研究对象和任 务，了解微生物的基本概念，掌握微生物 的分类和微生物的特点 。  重点 微生物在环境科学中的作用，微生 物的分类和微生物的特点  难点 微生物在环境科学中的作用

第一节 微生物及特点

通常肉眼看不见或看不清的微小生物的 总称。是一些个体微小、构造简单的低 等生物。 微生物的菌落 细菌的显微图样细菌的显微图样 一、什么是微生物

微生物微生物 小 µm 级：光学显微镜下可见（细胞） nm 级：电子显微镜下可见（细胞器、 病毒） 简 单细胞 简单多细胞 非细胞（即 “ 分子生物 ” ，如病毒） 原核类：细菌，放线菌、蓝细菌，支原 体、立克次氏体，衣原体等 低 ( 进化 地位 低 ) 真核类：真菌，原生动物，显微藻类 非细胞：病毒，亚病毒（朊病毒、 类病毒、拟病毒）

（ 1 ）一个难以认识的微生物世界 艾滋病， 12 ～ 13 年的潜伏期，人类免疫 缺陷病毒（ HIV ）引起； 了解：人类对微生物的认识史

玉米、花生发霉生长的是能产生剧毒真 菌毒素的黄曲霉。 花生上的黄曲霉黄曲霉菌落

（ 2 ）微生物学发展史 史前期：约 8000 年前～ 1676 ，制曲、酿酒等 初创期： 1676 ～ 1861 ，形态描述阶段， 列文虎克自制显微镜 奠基期： 1861 ～ 1897 ，生理水平研究， 巴斯德，科赫 发展期： 1897 ～ 1953 ，生化水平研究， E.buchner 用无细胞酵母汁发酵酒精成功，开创了微生物生化研究的新时期 成熟期： 1953 ～至今，分子生物学水平研究， J.Watson 和 F.Crick

三个概念 1. 分类： 解决从个别到一般或从具体到抽象的问题 2. 鉴定： 与分类的概念相反。 3. 命名： 为新发现的微生物确定一个新学名。 二、微生物的分类和命名

（ 1 ）通用的分类单元 界（ Kingdom ） 门（ Phylum ） 纲（ Class ） 目（ Order ） 科（ Family ） 属（ Genus ） 种（ Species ）

大肠埃希氏菌在分类学中的地位 例： 细菌界（ Bacteria ） 朊细菌门（ Protobacteria ） 发酵细菌纲（ Zymobacteria ） 肠杆菌目（ Enterobacteriales ） 埃希氏菌属（ Escherichia ） 大肠埃希氏菌（ E.coli ） 《系统手册》 2000 年

 界是最大的分类单位，往下依次递小  在越是大的分类单位中，生物彼此的共同 特征越少，亲缘关系越远；在越是小的分 类单位中，共同特征越多，亲缘关系越近。

微生物的常用分类系统  细菌：伯杰氏鉴定细菌学手册（ 11 个版本）、 细菌系统学手册（第一版）  放线菌：中国科学院微生物研究所编著的放 线菌目分科、分属检索表  真菌： Smith 、 Alexopoulos 、 Ainsworth 的 分类系统

1. 种： 微生物的种是一个基本分类单元， 它是一大群表形特征高度相似、亲缘关 系及其接近、与同属那的其他物种有着 明显的差异的一大群菌株的总称。 新种：指权威性的分类、鉴定手册 中从未记载过得一种新分离并鉴定过的 微生物。

 2. 界 两界：动物界和植物界 三界：菌物界、动物界和植物界 四界：原始生物界、菌界、植物界、动物 界（由 Copeland 提出）

五界： Whittaker 提出生物五界分类系统， 后被 Margulis 修改为：原核生物界，原生 生物界，真菌界，动物界和植物界 我国王大耜教授对生物分类提出六界： 病毒界、原核生物界、真核原生生物界、 真菌界、动物界和植物界

 分类依据： 形态学特征、表型特征、生理特征、 生态特征、血清反应、噬菌体反应等 DNA 中 G+C% ， DNA 杂交， DNA- rRNA 杂交， 16S rRNA 碱基序列分析等

（ 2 ）水处理中常见的微生物 微生物微生物 病毒界：病毒，亚病毒 原核生物界 蓝藻门 细菌门 真细菌 放线菌 古菌 立克次氏体、衣原体、支原体 真菌界 酵母菌 霉菌 原生生物界： 藻类 、原生菌类、原生动物

通常以学名命名：常采用二名法 即：一个属名 + 一个种名（均为拉丁字） 注意：属名和种名都要用斜体表示 属名在前，第一个字母大写 种名在后，第一个字母小写  （ 3 ）微生物命名

 例：  1. 大肠埃希氏杆菌： Escherichia coli 分类学文献中，上述两部分还应 加写 3 项内容，即首次定名人，现 定名人和现名的定名年分 如： Escherichia coli （ Migula ） Castellani et Chalmers 1919 大肠杆菌

2. 枯草芽孢杆菌（枯草杆菌） Bacillus subtilis （ Ehrenberg ） Cohn 浮游球衣菌 Spgaerotilus natans Kiitzing 4. 甲烷杆菌属 Methanobacterium 枯草芽孢杆菌菌落

若该菌鉴定到属，没有鉴定到 种，则只有属名，如： 芽孢杆菌属的名称是 Bacillus 芽胞杆菌的几种形态

1. 个体极小，比表面大 比表面积：某一物体单位体积所占的表面积， 物体的体积越小，其比表面积越大 如： 1cm 3 豌豆，总表面积 6cm 2 ， 1cm 3 球菌，总表面积 6m 2  三、微生物的特点

2. 种类繁多，分布极广 物种多样性 生理代谢类型的多样性 代谢产物的多样性 遗传基因的多样性 生态类型的多样性（适应极端环境如高温、高酸、 高辐射等）

3. 繁殖迅速、数量巨大 例： E. coli 合适条件下，细胞分裂一次仅需 12.5 ～ 20min ，每昼夜可分裂 72 次，这时产 生 万亿个后代，总重约可达 4722 吨。 思考：这样的速度地球岂不是要 “ 塞满 ” 了微生 物？

4. 代谢能力强，也易变异 如： Eschericha coli 在 1h 内可分解其自重 1000 ～ 倍的乳糖； Candidautilis （产朊假丝酵母）合成蛋白质 的能力比大豆强 100 倍，比牛强 10 万倍。 思考：各种生物自发变异频率一样，为 什么微生物易变异？

第二节 环境问题与微生物

一、环境问题

二、可持续发展策略  1992 年，提出 “ 可持续发展 ” 。 “ 有福共享，顾 忌后代 ” 。  可持续发展观念的环保实例：封山育林、定 期休牧、休渔、珍稀动植物保护、可降解塑料、 无磷洗衣粉、不含氟制冷剂、无铅汽油、垃圾 分类回收、达标排放与总量控制等等。

三、微生物在生态环境中的作用 生产者亚系统 CO 2 草食动物肉食动物 1 肉食动物 2 碎屑 分解者 无机营养物 分解者亚系统 消费者亚系统 再循环

四、微生物学与环境微生物

（一）微生物学是研究微生物的 “ 衣食住行 ” 的科学  衣 —— 什么是微生物，长什么样？（形态、结构）  食 —— 吃什么、爱吃什么、如何消化？（营养、代谢或称 生理）  住 —— 喜欢住在哪？为什么？（环境影响或称生态）  行 —— 有何种行为、作为？是敌是友？如何监测、控制或 使用呢？  研究内容：微生物的形态结构、生长繁殖、生理代谢、遗 传变异、生态分布、微生物在自然界中的应用等。

（二）环境微生物 研究与环境保护技术相关的微生物知识。 目前在环境专业应用偏重于水环境保护。

当前主要研究任务：  1 ．微生物在自然环境中存在的基本状况与活动规律  2 ．微生物对化学污染物的防治及其他有利影响 A 、微生物对污染物降解转化的基础性研究 B 、微生物学在污染治理中的应用性研究 C 、环境微生物制剂的开发研究  3 ．微生物对环境的有害影响及其防治（病原微生物，代 谢物，富营养化水体中的微生物）  4 ．环境监测中的微生物学技术与方法

五、微生物对环境科学的贡献  （一）微生物在废水治理中的应用  （二）微生物在大气治理中的应用  （三）微生物在固体废物治理中的应用

 了解微生物的基本概念，分类、命名、种 类、环境微生物研究对象和任务  掌握微生物的分类和微生物的特点  熟悉微生物在环境科学中的应用 本章小结

1. 微生物是如何分类的？ 2. 生物的分界有几种分法，是如何划分的？ 3. 微生物是如何命名的？ 4. 微生物有哪些特点？这些特点对人类活动有什么影 响？ 5. 写出大肠埃希氏杆菌和枯草芽孢杆菌的拉丁文全称。 6. 结合微生物的特点，试述为什么它是治污的王牌？ 7. 微生物对可持续发展有何影响？ 复习自测